OMRON PLC在B1包装机电控系统改造中的应用

摘 要: 简要介绍了B1包装机的电控系统改造。从硬件构成，到软件编程，以及工控机和PLC之间的通信协议，都有详尽的说明。改造后的B1包装机电控系统比原机增加了统计报表和预留的网络接口，为将来车间的网络化管理及远程数据采集提供了技术支持。
　　
关键词: B1包装机 PLC 触摸屏 工控机
　　
引言
　　
B1包装机组，是我国烟草行业在上世纪八十年代至九十年代从德国斯慕门公司引进的高速软包包装机组。该机组目前仍然是我国很多卷烟厂的主力机型。但是，由于B1包装机已经使用了10多年的时间，各电子控制部件逐步老化、失效，故障率很高，有效作业率不足65％。近年来，机组电气控制系统缺陷日益凸显：一方面，由于各种电路板及继电器逻辑组件逐步老化，经常造成机组控制系统紊乱、故障后不能自动停机，以及停机状态下自动启动等故障现象，不但严重影响设备有效作业率的发挥，而且存在着较大的安全隐患；另一方面，该机组的控制线路板技术含量高，一直依赖进口，国内没有生产厂家，造成备件组织困难，且价格较高，造成维修成本上升；同时，机组还存在着控制方式落后、英文显示造成维修不便等问题。改造后的B1机组是以PLC和工控机为核心的电气控制系统。PLC完成所有的数据采集和实时控制，完成启动、停车、工艺流程控制、检测等整个运行过程。工控机作为上位机，具有良好的人机界面，它的任务是进行工控显示、完成各种操作、运行参数（包括温度参数、时间参数、速度参数等），并显示详细的故障信息，同时增设统计报表功能和预留的网络化管理及远程数据采集提供技术支持。从而彻底解决B1机组电气系统存在的问题。
　　
1　系统的硬件构成
　　
1．1系统构成
　　B1包装机组分别由NF卸盘机、BE包装机、RC小包透明机、FHZ大条机和NK大条透明机等五个主要部分组成。由于其各部分独立性很强，这种方式便于维修与调试，为了体现原机组的控制优点，改造后的电控系统采用BE、RC、NF、FHZ/NK四个独立部分单独控制和单独显示的方式。BE包装机为主机，其它三部分为从机，各部分之间增加了信息交换功能，实现B1机组的整体控制，相位控制采用绝对值编码器，从面使B1机组协调工作。B1机（以BE机为例）改造的总体框如图1所示。
　　
图1 B1机组改造总体框图
1．2系统硬件选择
　　
（1）可编程控制器选用日本OMRON—CS1机型作为控制主机，根据实际需要组态PLC，控制性能和频率响应满足和符合原有逻辑和速度要求。
　　
（2）用新电控柜替代原电控柜，重新设计布局强电及控制部分。
　　
（3）温度控制采用温控器和PLC温控模块方式。
　　
（4）BE、RC主电机选用普通交流电机；其余七种较小交流电机，因受设备位置限制，需与专业电机生产厂家定制。
　　
（5）上位机选用液晶显示器。
　　
（6）取消原增量式编码器，采用绝对值编码器，机器位置测量更准确。
　　
2　系统的功能
　　
改造后的电气控制系统，是以PLC和工控机为核心取代了原机组以计算机为核心的电气控制系统。PLC完成所有的数据采集和实时控制，完成启动、停车、工艺流程控制、检测等整个运行过程。工控机作为上位机，具有良好的人机界面，它的任务是进行工控显示、完成各种操作、运行参数（包括温度参数、时间参数、速度参数等），并显示详细的故障信息，同时增设统计报表功能和预留的网络接口，为将来车间的网络化管理及远程数据采集提供技术支持。
　　
该机组的BE小包机和RC小包透明机，原来均采用直流控制器控制的直流电机完成驱动工功能，现改为由变频器带动异步普通系列交流电机完成驱动功能；机组的其它7台电机，如：税花胶缸电机、盒片胶缸电机、烟支输送电机、烟包输入电机，大条透明纸输送电机、烟支搅拌电机，原来均为直流调速板控制的直流电机，现全部改为相应转速、功率的交流电机，并有变频器完成速度控制功能。
　　
机组的原有的四个显示屏：NF显示屏、BE显示屏、RC显示屏、NK/FHZ显示屏，均是由计算机控制的英文模拟显示屏，当设备某点出现故障时，个别故障点除有指示信号灯显示外，基本上都是英文显示故障名称，没有各种数据的统计功能，且故障点名称显示小，不容易观察，给操作和维修带来不便。现全部改为由工控机控制液晶触摸屏显示器，显示中文信息，完成信息数据统计，取代了英文故障点显示；用工况图实现各单机工作状态的实时监控，取代单一信号灯显示。各单机的工况显示情况。
　　
原NK/FHZ采用的旋钮式温控仪，温度调整不准确，且在设备后部，调整不方便，改为PLC温控模块控制温度，并将温度显示与设定，连接到该机的工控机触摸屏上，解决调整不便，调整不准确的问题；而BE包装机、RC小包透明机的温度控制在主电控柜上，采用温控表的控制方式，该方式调整也比较方便，在充分考虑费用和操作工、维修工操作习惯的基础上，此部分不进行改造，保留原控制模式。
　　
由于可编程控制器具有运算速度快，信息储存量大，可靠性高等特点，它既有逻辑控制、计数、计时、分支程序等功能，也有数字运算、数据处理、模拟量调节、操作显示、联网等功能，因此，增加了各种数据据统计功能，如废品烟支、烟包剔除数量、各种故障点出现次数、班产量等数据，均可直接统计，并可与远程计算机联网，实现远程监控功能。
　　
3　系统的软件结构
　　
软件部分是整个B1民装机改造成的重要组成部分，软件编程采用WINDOWS98（2000）界面下的SYSMAC C200HX软件，用户利用它可以实现以下功能：程序的输入及编辑；程序检查；PLC运用时的数据、状态的监控；系统寄存器和PLC系统各种参数的设置。软件还提供了三种编程方式：符号梯形图，布尔梯形图，布尔非梯形图。其程序流程图如图2所示。
　　

图2系统软件结构图
除了主程序以外，软件部分还采用了大量的子程序。以BE机为例有：
　　
（1）中断子程序；
　　
（2）相位处理子程序；
　　
（3）速度控制子程序（6个电机）；
　　
（4）输出控制器子程序；
　　
（5）推显方式子程序。
　　
4　人机界面
　　
B1机控制系统的人机界面要求操作简单，易于理解。为此，我们设计了下面8个层面
　　
4．1用户管理
用户输入密码后，按“回车”键（或按照屏幕提示按F8键，或用鼠标点击“确认”按钮）确认。如果密码错误，系统会给出提示，并请用户重新输入；如果密码正确，将直接进入“工况图”。
　　
4．2工况图
工况图用来实现对BE包装机工作状态的实时监控。图的右下角是故障显示区。当出现故障或者故障排除时，相应的指示灯会出现明灭变化，同时故障显示区会显示当前故障信息或者将已排除的故障信息从显示区中清除。

图3工况图
4．3参数设置
“参数设置”窗口用来实现33个角度相关参数和11个其他参数的设置。
　　
4．4控制
“控制”窗口主要实现对“油泵”、“真空泵”、“电热”、“检测”、“上游机”、“下游机”的开/关状态控制。
　　
4．5调试
在“调试”界面中，用户可以查看移位寄存器、IR以及空头调试时的状态。
　　
4．6统计
统计窗口主要实现对故障信息的统计分析与显示。
　　
5　结论
　　
5．1降低故障率，提高了有效作业率
　　
对BE小包机的RC小包透明纸包装机的改造，由于在设计原理上剔除了原机上故障率较高而又价格昂贵的几块主板，使故障发生率大大降低。对FHZ、NK条包部分的改造，用PLC替代了以往的逻辑线路板，可以大大减少故障发生率。机组运行7个月以来，设备有效作业率平均为82％，较原来的65％提高了17个百分点，改造效果比较明显。
　　
5．2方便了故障的检查和排除
　　
重新设计的上位机界面，是完全汉化的。在软件的设计、开发过程中，一方面，尽量把所有的故障都给出详细、准确的提示；另一方面，各种参数修改方便。对于操作维修人员来说，当机器出现故障时，只要根据界面提示，就可以迅速准确的判断出大多数故障位置并立即排除。
　　
5．3降低了备件成本
　　
新设计的电控系统采用了市场上通用的电器元件，绝大多数备件都可以从国内市场上直接采购，所有的备件都比原来电控系统备件价格低，可以节约维修费用，降低备件成本。
　　
5．4具有很强的扩展功能
　　
该系统软件的统计报表功能和预留的网络接口，为将来车间的网络化管理及远程数据采集提供技术支持。
　　
5．5具有很好的推广应用价值
　　
据了解，全国共拥有德国进口B1软包包装机组190多套，大部分是在1988年到1994年购进的，设备投入运行时间较长，电气控制系统处于老化、失修状态，若将该项目在全行业内推广应用，则将提高我国B1机组的整体作业率水平。
　　
参考文献
　　
1．汪晓光，孙晓瑛，王艳丹．可编程控制器原理及应用[M]．北京：机械工业出版社，1997
　　
2．王卫兵．可编程序控制器原理及应用（第二版）[M]．机械工业出版社，2002